Переход Apple на ARM Mac от Intel на WWDC определит десятилетие вычислений

Ожидается, что на следующей неделе на Всемирной конференции разработчиков Apple 2020 будет подробно рассказано о переходе с чипов Intel x86 на новые процессоры собственного дизайна Apple. Вот как это может существенно повлиять на следующее десятилетие вычислений.

Что не так с Intel?

Apple известна тем, что в 2005 году Стив Джобс объявил о процессорах Intel для Mac, в которых сообщалось, что новые iMac и ноутбуки начнут поставляться с недавно выпущенными процессорами Intel x86 Core, которые начнутся в начале 2006 года. WWDC05 помог подготовить разработчиков к переходу, чтобы гарантировать покупателям новых Intel Mac могут продолжать использовать программное обеспечение Mac.

Этот переход на Intel принес пользу Apple и ее пользователям Mac различными способами. Новые Intel Mac могут использовать эффект масштаба в процессорах x86 для обеспечения регулярных новых улучшений вычислительной мощности по доступным ценам, которые не поставлялись существующими поставщиками чипов Apple PowerPC.

Это также означало, что новые компьютеры Mac с архитектурой x86 совместимы с аппаратным обеспечением под управлением Microsoft Windows и программного обеспечения, разработанного для него. Помимо загрузки Windows, Intel Mac может также размещать приложения Windows непосредственно на рабочем столе Mac или виртуализировать целые сеансы Windows.

Кроме того, видеоигры, написанные для ПК с архитектурой x86, могут быть легче перенесены для запуска в качестве приложений Mac.

Так что же изменилось за последние 15 лет, что заинтересовало Apple отойти от чипов Intel x86? Есть ряд важных факторов. Одна из них заключается в том, что Microsoft Windows и ее программное обеспечение для Windows резко утратили свою важность, поскольку основные потребительские расходы и технические вложения переместились с ПК на мобильные устройства.

Совместимость с Windows и x86 по-прежнему важна для некоторых пользователей, но ни одна из них не была менее важной для большинства пользователей, чем сегодня. Кроме того, большинство пользователей, которым необходимо использовать программное обеспечение x86, часто реже всего рассматривают Mac из всех других доступных вариантов ПК.

И наоборот, большинству пользователей Mac нет необходимости размещать код x86 или Windows.

Согласно историческим данным о сервисах, собранным AppleInsider за последнее десятилетие, в то время как около 15% пользователей Mac установили Boot Camp в 2010 году, сегодня только около 2% компьютеров обычно настроены на двойную загрузку в Windows.

Одна из специфических областей, которые, как ожидается, будут иметь большое значение для Intel Mac, — это видеоигры. Тем не менее, компьютерные игры все еще прочно закреплены на ПК с Windows, и Mac не претерпели существенных изменений просто из-за наплыва портированных названий Windows.

С другой стороны, Apple также создала нечто, чего раньше никогда не было: собственную мобильную платформу, большую, чем Windows, и не связанную с x86. В течение последнего десятилетия, вместо того чтобы инвестировать исключительно в платформы Intel x86, Apple все больше вкладывает средства в свои независимые инструменты и инфраструктуру.

Это включает в себя собственный ARM-кремний Apple, а также его программный компилятор LLVM, язык Swift, инструменты разработки Xcode, платформу App Store, новые сервисы, такие как Apple Arcade, и все связанные с этим работы, которые сделали iOS и ее аналоги ведущей платформой для премиальные смартфоны, используемые состоятельными клиентами; в планшетах, принятых корпоративными пользователями; и в новых вычислительных областях, включая носимые устройства, такие как Apple Watch и AirPods.

Intel первый нет от Apple

В прошлый раз, когда Apple сталкивался с возможностью использовать чипы Intel в своих компьютерах Mac, ничего этого не было.

Еще в начале 1990-х Apple изучала идею переноса Mac с своих начальных процессоров Motorola 68K на чипы Intel x86 в рамках проекта Star Trek, но фактически решила, что будет слишком сложно перенести существующую библиотеку Mac от сторонних производителей 68k. программное обеспечение для чипов Intel x86, с небольшим выигрышем от переезда.

Вместо этого Apple заключила новое партнерство с IBM и Motorola для разработки совершенно новой чиповой платформы для настольных ПК на основе архитектуры IBM POWER. Получившийся PowerPC был новым, свежим дизайном, не загруженным десятилетним багажом наследия Intel x86 1980-х годов.

Новые чипы PowerPC изначально помогли Apple PowerMac оставаться конкурентоспособными с ПК на базе Intel, в то время как Apple поддерживала эмуляцию старого программного обеспечения на гораздо более быстрых новых чипах PowerPC.

Однако новизна PowerPC также помешала многим другим первоначальным партнерам проекта полностью принять его, как Apple. К началу 2000-х Apple была единственным пользователем PowerPC, производящим ПК в любом количестве.

Но Apple также не владела и не контролировала направление развития PowerPC. IBM и Freescale от Motorola были в значительной степени отвлечены разработкой и созданием встроенных чипов PowerPC, предназначенных для автомобильных или игровых консолей, а не для удовлетворения потребностей компьютеров Mac от Apple.

Обстоятельства, которые оправдывали то, что Apple сказала «нет» Intel примерно в 1993 году, изменились настолько, что к 2005 году Apple была готова сказать «да», чтобы перейти с платформы Mac на Intel x86. Тем не менее, публично отмечая это решение, Apple также планировала и другие планы, в которых не участвовал бы Intel.

Нет от Intel, нет назад от Apple

Первым был iPhone, который Apple изначально хотела использовать с процессором Intel XScale. В то время исполнительный директор Intel Пол Отеллини (Paul Otellini) сначала отказался от Apple, опасаясь, что ее телефонный проект не будет достаточно успешным, чтобы оправдать инвестиции Intel.

Это оказалось дико ошибочным. Всего через пару лет успех Apple с iPhone был настолько очевиден, что сама Intel отчаянно хотела работать с Apple над будущими мобильными продуктами, в частности над своим новым планшетом. Intel ожидает, что Apple выберет свой новый мобильный чипсет x86 Silverthorne, позже переименованный в Atom.

Но на этот раз Apple сказала «нет» Intel и вместо этого инициировала разработку проекта по созданию новой специализированной ARM-системы «Система на чипе», которая могла бы обеспечить работу как ее будущего iPad, так и впоследствии iPhone 4. Проект был представлен в 2010 году как A4.

Apple A4

Еще одно яблоко нет Intel x86

«Нет» от Apple также включало использование A4 в другом продукте, уже использующем чип Intel x86: Apple TV. Первоначальными версиями Apple TV фактически был уменьшенный Mac x86, но в 2010 году продукт стал еще одним устройством на базе iOS, работающим под управлением Apple ARM SoC.

В отличие от Mac, Apple TV не получила никаких преимуществ от использования чипов x86. Не было никакого способа запустить программное обеспечение Windows на этом, и это не нуждалось в ведущей производительности Intel. И наоборот, переход на использование Apple A4 позволил Apple продавать свои телевизионные устройства гораздо дешевле; цена упала с 229 до 99 долларов.

Отклонение от Intel не было единственной причиной такого снижения цен, но кремний Apple помог ему предоставить более дешевый продукт, который мог бы привлечь более широкую аудиторию.

В течение следующего десятилетия Apple активно инвестировала в собственную разработку кремния серии A, параллельно, но независимо от продолжающегося использования чипов Intel в Mac. Конкурентные инвестиции Apple в собственные мобильные чипы были настолько эффективными, что она превратила Intel в миноритарного игрока в мобильных чипах. Атом был отменен до того, как закончилось десятилетие.

От WinTel до Android и iOS на ARM

Непрерывные инвестиции Apple в свой собственный кремний не просто помешали Intel завоевать реальную рыночную власть в мобильном пространстве. Это также помогло установить программные платформы Apple как необходимые. В то время как большинство технических СМИ предсказывали, что Android станет «новой Windows» с подобным Microsoft контролем над индустрией потребительских технологий, на самом деле произошло то, что Apple стала и Intel, и Windows мобильных устройств.

Вместо того чтобы стать новой Windows, Android в конечном итоге сыграл роль пиратских копий Windows: конкурентного заменителя, который эффективно препятствовал любой другой реальной конкуренции — включая, по иронии судьбы, собственные усилия Microsoft по выходу на мобильные устройства.

Google выполнял всю тяжелую и разочаровывающую работу по поддержанию широко лицензированной платформы для различных производителей аппаратного обеспечения практически даром, в то время как Apple получала практически всю доступную прибыль на iOS.

И хотя Android и iOS инвестировали в ARM, только Apple инвестировала в разработку собственных оптимизированных чипов. Мобильные платформы, разработанные Apple за последнее десятилетие, принесли сотни миллиардов продаж оборудования и дополнительные миллиарды в App Store и доходах от подписки, что намного больше, чем у Android от Google.

На самом деле они настолько ценны, что Google платит Apple дополнительные миллиарды за доступ к своей базе пользователей, чтобы предлагать поиск и рекламу на iOS.

Размер и важность мобильных платформ Apple настолько велики, что теперь они сильно затмевают сам компьютерный бизнес. Apple зарабатывает гораздо больше денег на своих мобильных платформах, чем на Mac. Мобильные платформы Apple теперь могут вносить больший вклад в Mac, чем платформы WinTel.

Это подтверждается недавними стратегиями Apple по использованию Project Catalyst для переноса существующего программного обеспечения iPad на Mac. Перенос современного кода iPad на Mac имеет гораздо больший потенциал, чем поддержка устаревшего программного обеспечения x86 для Windows на Intel Mac.

На WWDC19 Apple представила Project Catalyst для доставки программного обеспечения iPad на Mac

Это также заметно в Apple, создавшей ARM SoC, которые конкурируют по производительности с процессорами Intel x86 для ноутбуков, несмотря на то, что были разработаны для мобильных устройств с низким энергопотреблением. Apple имеет возможность разрабатывать новые пользовательские чипы, оптимизированные для Mac, потенциально используя несколько чипов в устройстве.

Это также упростит для разработчиков iPad и iOS перенос существующего кода на Mac, даже если будет сложнее перенести устаревший код x86 на новые Mac.

Одна из самых больших проблем, связанных с переводом существующей платформы на новую архитектуру процессора, — это миграция существующей библиотеки программного обеспечения. Еще раз, у Apple теперь есть новое доступное решение, которое не было доступно прежде.

Разработчики, которые продают свое программное обеспечение через App Store, могут загружать код, который можно скомпилировать для разных платформ и автоматически доставлять покупателям в правильной форме. Это не решает все проблемы, но облегчает переход на новое оборудование.

Сама Apple полагалась на этот механизм, чтобы помочь развернуть новую 64-битную платформу iOS после выхода A7. На Mac аналогичная миграция на новую аппаратную архитектуру может также привести к совместному использованию Mac App Store и ARM Mac.

За АРМ

Однако успехи Apple в мобильном кремнии связаны не только с ядрами ARM. И Google, и Microsoft работали над созданием телефонов, планшетов и даже более традиционных ноутбуков на базе ARM, но безуспешно.

Все производители аппаратного обеспечения Android, включая Samsung и Huawei, также используют чипы ARM, не достигая уровня коммерческого успеха, который iPhone и iPad имеют для Apple.

Невероятные масштабы Apple, поставляющие большое количество устройств на базе ARM в огромных объемах, постоянно в течение последнего десятилетия, сделали его очень трудным для конкуренции. Тем не менее, успех Apple в изготовлении нестандартного кремния связан не только с инвестированием в ARM, а не с покупкой чипов у Intel.

Большим элементом пользовательского кремния Apple является вертикальная интеграция, которую он позволяет, в том числе оптимизации в кремнии, которые могут быть изготовлены на заказ для удовлетворения потребностей операционной системы и предлагают уникальные возможности, которые позволяют дифференцировать функции. Существование ARM облегчает это, но ценность усилий Apple по созданию кремниевых систем не ограничивается использованием ARM-совместимых процессорных ядер.

Большинство «пользовательских ARM-чипов» от Apple являются пользовательскими, а не ARM

Фактически, ядра ARM, которые использует Apple, составляют меньшую часть недвижимости на собственных пользовательских SoC. Большая часть посвящена ядрам графических процессоров, которые не являются ARM. Изначально Apple лицензировала разработки графических процессоров от Imagination Technologies, но с тех пор перешла на разработку собственных собственных ядер графических процессоров.

Apple также разработала собственную обработку аудио, шифрование, видеокодек, контроллер хранения, искусственный интеллект и другие уникальные логические ядра, которые все вертикально интегрированы, а также массово производятся в одном компоненте, создавая огромную экономию за счет экономии за счет масштаба.

Apple также регулярно повторно использует и адаптирует разработанную ею специальную платформу, что позволяет ей выходить на другие рынки с меньшими затратами, чем у конкурента, которому не хватает такой библиотеки предыдущей работы. Например, Apple использовала ядра, разработанные для iPhone и iPad, для управления носимыми устройствами и устройствами питания, такими как HomePod. Apple TV также регулярно использует A-чипы предыдущих поколений.

Apple также уже использует большую часть логики своих чипов серии A, за исключением основных процессорных ядер ARM, для выполнения задач поддержки на своих последних компьютерах Mac.

Apple ссылается на самую последнюю версию своих пользовательских чипов, используемых в Mac, как T2, который поддерживает Touch ID, аппаратное ускорение шифрования и медиакодеки, поддержку Touch Bar и Hey Siri и ряд других функций. Некоторые из этих функций также питаются от ядер ARM или микроконтроллеров, в то время как другие используют другие основные технологии.

Однако ценность здесь заключается не только в использовании ARM, но и в глубокой интеграции и оптимизации, которые Apple может сделать при разработке и использовании собственных конструкций чипов. Эти инвестиции чрезвычайно дороги, но могут поддерживать прочные, дифференцирующие функции, с которыми трудно конкурировать.

Apple T2 предоставляет пользовательский кремний без основного процессора ARM на существующих Intel Mac

Google продемонстрировал это, создав собственный кремний Visual Core для улучшения фотосъемки на своих телефонах Pixel. Это было очень дорогое начинание, но многого достичь не удалось, поскольку оно не привело к значительным продажам оборудования.

Фактически, самым успешным телефоном Pixel на сегодняшний день является самый дешевый Pixel 3a компании, который вообще не использует собственное ядро ​​для обработки изображений. Фактически, он достигает своей доступной цены, не используя специальный кремний. Apple сделала внешний вид обычного кремния простым, но это совсем не так.

Microsoft также сделала несколько заявлений, объявив, что ее ноутбук Surface использует «собственный процессор ARM», созданный Qualcomm, но это в значительной степени продвигает горячий воздух, потому что в чипе, который он использует, не было ничего примечательного, кроме чуть более высокой производительности. Тактовая частота.

Огромная пропасть между разговором или попыткой изготовить пользовательский кремний и работой, проделанной Apple, дает некоторое представление о том, что Apple может достичь в будущем. Это будет включать в себя существующие мобильные устройства, появляющееся портфолио носимых устройств, любые новые компьютеры Mac с питанием от усовершенствованного пользовательского кремния, а также еще не выпущенные устройства, которые выполняют совершенно новые функции — от здравоохранения до домашней интеграции и других многообещающих категорий.

Одним из ярких примеров являются, по слухам, Apple Glasses, которым потребуется передовая кремниевая обработка для обработки изображений, движения, графики, безопасности, встроенного интеллекта, управления питанием и беспроводного подключения в чрезвычайно компактном корпусе.

ARM разрабатывает элементы этого пакета, но Apple уже работает над всеми этими функциями в своем существующем настраиваемом кремнии, финансируя экстремальные затраты на эту работу благодаря своим уникальным объемам продаж мобильных устройств.